高中物理 第四章 光 第五节 用双缝干涉实验测定光的波长学案（含解析）粤教版选修3-4.doc

第五节用双缝干涉实验测定光的波长学习目标重点难点1能说出怎样用光的干涉测定光的波长2能说出决定条纹间距的因素3能说出双缝干涉仪中各部分的作用重点：对用干涉法测光的波长的原理的理解难点：对决定干涉条纹间距的因素的理解一、实验原理双缝干涉时产生明暗相间的等间距的直条纹，条纹的间距与相干光源的波长有关，设双缝宽为d、双缝到屏间的距离为l、相干光源的波长为，则产生的干涉图样中相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离x，由此得，因此只要测得d、l、x即可测得波长相干光源的产生使用“一分为二”的方法，用单缝取单色光，再通过双缝（单色光由滤光获得）x的测量可用测量头完成，测量头由分划板、目镜、手轮等构成，通过测量头可清晰看到干涉条纹，分划板上中心有刻线，以此为标准，并根据手轮的读数可求得x，由于x较小，可测出n条亮（或暗）条纹的间距a，则相邻亮条纹间的距离x二、实验器材光具座、电源、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛屏、测量头、刻度尺三、实验步骤1将光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏依次安放在光具座上2接好光源，打开开关，使灯丝正常发光3调节各器件的高度，使光源灯丝发出的一束光能沿轴线到达光屏4安装单缝、双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约510_cm5放上遮光筒，观察白光的干涉条纹6在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹7安装测量头，调节至可清晰地观察到干涉条纹8使分划板中心刻线对齐某条亮（或暗）条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之间距即n条条纹的间距9用刻度尺测量双缝到光屏间距离l（d是已知的）10重复测量、计算，求出波长的平均值11换用不同滤光片，重复实验预习交流在用双缝干涉测光的波长实验中，为使光屏上相邻的条纹间距增大些，可以采取什么措施？答案：根据条纹间距的表达式x可知，减小双缝间的距离d，增大双缝到屏的距离l都能达到增大条纹间距的目的实验过程和方法1不同颜色的单色光的干涉条纹会有什么不同？请你作出猜想，并在后面实验中验证答案：据x知，不同颜色单色光的干涉条纹间距不同，波长越长，条纹间距离越大2在实验中，若用的是绿色滤光片，在屏上可以看到绿色干涉条纹，干涉条纹与双缝垂直还是平行？若把绿色滤光片换为红色，相邻两亮条纹中心的距离变大还是变小？这说明什么？答案：平行条纹间距变大了，这说明红光比绿光的波长长3在实验中，若用白光作光源，得到的干涉图样有什么不同？中央亮纹为什么是白色？其他亮纹中为什么红色在最外侧、紫色在最内侧？答案：若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央是白色的从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红色光的亮条纹间的宽度最大，红色在亮纹的最外侧，紫色光亮条纹间的宽度最小，紫色在亮纹的最内侧，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样就形成了彩色干涉条纹4在用双缝干涉测量光的波长的实验中，为什么不直接测x，而要通过测n个条纹的间距求出x?答案：相邻两条纹间距x是两条纹中心间的距离，这个距离比较小，测出n个条纹间的距离a，然后取平均值求出x，即x，有利于减小测量误差5学生讨论：某同学在做双缝干涉实验时，按要求安装好实验装置后，在光屏上却观察不到清晰的干涉图样，请你帮他分析出现这种情况的原因答案：单缝和双缝不平行灯丝、滤光片、单缝、双缝与遮光筒、光屏不共轴双缝间距离不合适单缝和双缝间距离不合适现有毛玻璃屏a、双缝b、白光光源c、单缝d和透红光的滤光片e等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长（1）将白光光源c放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为c、_、a（2）本实验的实验步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离在操作步骤时还应注意_和_（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图（甲）所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图（乙）中手轮上的示数_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm（4）已知双缝间距d为2.0104 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算公式_，求得所测红光的波长为_ mm点拨：本题主要考查实验原理及数据的处理方法，要注意手轮上的读数按螺旋测微器读；还有从第1条亮纹中心到第6条亮纹中心有5个x答案：见解析解析：（1）双缝干涉实验所用的光学元件在光具座上的正确排序是：光源、滤光片、单缝、双缝、光屏，因此应填：e、d、b（2）单缝与双缝的间距为510 cm，使双缝与单缝相互平行（3）（甲）图的读数为2.320 mm，（乙）图的读数为13.870 mm，故xmm2.310 mm（4）由x可得：x可求出2.310106 nm6.6102 nm1实验时必须保证单缝和双缝平行2实验时必须保证灯丝、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏中心等高共轴3单缝和双缝间距离在510 cm之间为宜4一个条纹间距是指一个亮条纹和一个暗条纹宽度的和5手轮的读数与螺旋测微器读数原理相同1某同学在做双缝干涉时，按图安装好实验装置，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是由于（）a光束的中央轴线与遮光筒的轴线不一致，相差较大b滤光片距单缝距离太近c单缝与双缝不平行d光源发出的光束太强答案：ac解析：安装实验器件时要注意：光束的中央轴线与遮光筒的轴线要重合，光源与光屏相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使实验成功，据上分析，可知选项a、c正确2用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是（）a相邻干涉条纹之间距离相等b中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的两倍c屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大d在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距答案：a解析：因为双缝干涉的条纹宽x，可见条纹宽应是相等的，a正确，b、c错，又因为红蓝，所以x红x蓝，故d错3在双缝干涉实验中，以下说法正确的是（）a单缝的作用是使入射光线到达双缝时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源b若入射光是白光，像屏上产生的条纹是黑白相间的干涉条纹c当屏上某点到双缝的光程差为入射光波长的1.5倍，该点处一定是亮条纹d双缝干涉中亮条纹之间距离相等，暗条纹之间距离不相等答案：a解析：双缝干涉实验中，单缝的作用就是产生一个线光源，使得光到达双缝时，使透过双缝的光振动情况完全相同，形成一对相干光源，a正确；由实验现象知，入射光是白光时，屏上产生的是彩色条纹，b错误；屏上某点到双缝的光程差为入射光波长的1.5倍，即半波长的奇数倍，应为暗条纹，c错误；由x知，干涉条纹不管是明纹之间还是暗纹之间都是等间距的，d错误4如图所示，用波长为的单色光做双缝干涉实验时，设两个狭缝s1、s2到屏上某点p的光程差为d，则（）a距o点最近的一条暗纹必是d/2b对屏上某点dn/2（n为正整数）时，出现暗纹c距o点越远的点，就越容易出现暗条纹d用各色光在同一条件下实验，波长越短，光条纹间距越小答案：ad解析：当光程差dn（n为整数）时出现亮条纹，光程差d（2n1）/2（n为整数）时出现暗条纹，可见，当n0时，d/2，所以a正确；由xl/d（式中d为两狭缝间的距离）得，频率越大的色光，其波长越短，干涉条纹之间的距离越小，故d正确5在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图所示双缝间的距离d0.3 mm（1）若测定红光的波长，应选用_色的滤光片实验